清潔能源車(chē)的灰色小秘密

　　汽車(chē)制造商正采取多種途徑以實(shí)現(xiàn)“綠色汽車(chē)(green car)”，這些方法包括全電動(dòng)車(chē)，以及不同配方的混合動(dòng)力或是微混合動(dòng)力(microhybrids)車(chē)輛。但無(wú)論是哪一種，恐怕在短時(shí)間內(nèi)都無(wú)法成為主流技術(shù)，主要是因?yàn)樵诳梢?jiàn)的未來(lái)，車(chē)用電池體積還是太大、重量太重，價(jià)格高昂又不夠力。而且在車(chē)用功率電子元件的設(shè)計(jì)上，也有許多待克服的挑戰(zhàn)。

　　根據(jù)清潔科技市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)Pike Research的預(yù)測(cè)，全球混合動(dòng)力車(chē)輛將由目前的87萬(wàn)輛，在2017年增加到150萬(wàn)輛，成長(zhǎng)幅度僅有1.6%。而相對(duì)的，在美國(guó)市場(chǎng)不太受重視的引擎自動(dòng)熄火-起動(dòng)(start-stop)車(chē)輛，有機(jī)會(huì)異軍突起。

　　這種引擎自動(dòng)熄火-起動(dòng)車(chē)輛屬于“微混合動(dòng)力”車(chē)款，沒(méi)有配備電動(dòng)馬達(dá)，但采用更強(qiáng)力的起動(dòng)機(jī)(starter)/發(fā)電機(jī)(alternator)/鉛酸電池(lead-acid battery)組合技術(shù)，能在車(chē)輛空閑時(shí)自動(dòng)熄火，然后在駕駛員踩油門(mén)時(shí)重新起動(dòng)車(chē)輛。據(jù)Pike估計(jì)，2011年歐洲人將采購(gòu)近300萬(wàn)輛的這類車(chē)款，其全球銷售量到2020年將達(dá)到3,700萬(wàn)輛。

　　不過(guò)，Pike也預(yù)期，全汽油動(dòng)力車(chē)輛仍將在2017年，占據(jù)九成的一般載客轎車(chē)市場(chǎng)。

　　另一家市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)IHS Automotive的常務(wù)董事Philip Gott表示，汽車(chē)廠商嘗試了各種方法，但“插入式(plug-in)的混合動(dòng)力技術(shù)，看來(lái)是符合最嚴(yán)格之排放標(biāo)準(zhǔn)與燃油經(jīng)濟(jì)學(xué)需求的不錯(cuò)解決方案”。

　　“我認(rèn)為我們?nèi)詫⒗^續(xù)看到多樣化的混合動(dòng)力方案，因?yàn)槭袌?chǎng)需求百百種，也很難預(yù)測(cè)人們想要的會(huì)是什么；”在福特汽車(chē)(Ford Motor)負(fù)責(zé)推動(dòng)混合動(dòng)力與燃料電池車(chē)輛標(biāo)準(zhǔn)的電子系統(tǒng)工程師Rich Scholer表示，福特是由正規(guī)的內(nèi)燃機(jī)引擎為基礎(chǔ)，提供搭配不同混合動(dòng)力系統(tǒng)與插入式混合動(dòng)力方案的選擇。

　　Scholer指出，不同于福特的做法，雪佛蘭(Chevy)的Volt、日產(chǎn)(Nissan)的Leaf與豐田(Toyota)的Prius等混合動(dòng)力車(chē)款，都是從零開(kāi)始的設(shè)計(jì)，“那些做法的代價(jià)很高，以現(xiàn)有的平臺(tái)作為基礎(chǔ)會(huì)更具成本效益”。

Volt所搭配的E-Flex系統(tǒng)

　　在此同時(shí)，汽車(chē)市場(chǎng)新秀如Coda與Tesla都準(zhǔn)備發(fā)表新車(chē)款，包括全電動(dòng)的五人座轎車(chē)。對(duì)此Scholer認(rèn)為：“該市場(chǎng)要至少還要3到5年才會(huì)成熟。”

　　電動(dòng)車(chē)最令人頭痛的問(wèn)題在于電池組，Pike的資深分析師John Gartner表示，目前車(chē)用電池至少使為車(chē)輛售價(jià)增加1萬(wàn)美元，而目前的最佳解決方案──鋰離子電池，其成本高達(dá)1,000美元/千瓦小時(shí)。

　　美國(guó)能源部的目標(biāo)，是將車(chē)用電池成本降低到每千瓦小時(shí)250美元。IHS的Gott認(rèn)為，這個(gè)目標(biāo)可能要到2020年以后才能達(dá)成。根據(jù)他的觀察，目前至少有4種鋰離子電池的變種方案，以及數(shù)十種其他化學(xué)配方，希望能夠有所突破，“現(xiàn)在說(shuō)誰(shuí)會(huì)贏還太早，因?yàn)橄嚓P(guān)技術(shù)的變化速度非?？?。我不會(huì)先判任何一種技術(shù)出局，甚至是鉛酸電池?！?/P>

芯片廠商所扮演的角色

　　在車(chē)用電池充電器方面，F(xiàn)ord的Scholer指出，目前的板載充電器方案通常是速度較慢、功率較小的3.3kW或6.6kW裝置，得花上幾個(gè)小時(shí)才能將車(chē)用電池充滿。功率較大的15~20kW直流(DC)充電器速度比較快，但體積太笨重，放置在車(chē)內(nèi)也有風(fēng)險(xiǎn)，適合以外部裝置的型態(tài)，放在車(chē)庫(kù)內(nèi)使用。

　　為了避免過(guò)熱與起火，每個(gè)大型鋰離子電池組內(nèi)電池芯的充放電，都必須小心監(jiān)控。飛思卡爾半導(dǎo)體(Freescale Semiconductor)的汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)與混合動(dòng)力車(chē)輛零件部門(mén)市場(chǎng)經(jīng)理Cherif Assad表示：“我們正在開(kāi)發(fā)這類芯片，但現(xiàn)在尚未有實(shí)際產(chǎn)品。”

　　飛思卡爾在今年稍早發(fā)表了一款鎖定微混合動(dòng)力汽車(chē)或再生制動(dòng)(regenerative braking)應(yīng)用的低電壓電池控制芯片。后者是能將汽車(chē)煞停時(shí)的動(dòng)力轉(zhuǎn)成電力，用來(lái)為車(chē)用電池或是超級(jí)電容充電。據(jù)了解，到目前為止，大多數(shù)被應(yīng)用在插入式混合動(dòng)力車(chē)用電池充電器的芯片都是采用現(xiàn)成的、修改成汽車(chē)應(yīng)用的工業(yè)級(jí)元件。

　　此外，混合動(dòng)力車(chē)輛需要預(yù)驅(qū)動(dòng)(pre-driver)與控制器電路，來(lái)驅(qū)動(dòng)30~120kW的電動(dòng)馬達(dá)。為此飛思卡爾與富士電機(jī)(Fuji Electric)合作，運(yùn)用纖薄的、能整合到機(jī)械模組以及冷卻系統(tǒng)的逆變器(inverter)，來(lái)設(shè)計(jì)相關(guān)元件。Assad指出，新開(kāi)發(fā)的零組件能將省電效率由目前的35%左右，提升到超過(guò)九成。

微混合動(dòng)力系統(tǒng)代表車(chē)型Smart fortwo mhd

　　飛思卡爾企業(yè)策略與業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)總監(jiān)Dan Viza表示，逆變器從未在改善充電裝置的性能、尺寸與重量方面獲得太多關(guān)注：“最初的方案都是采用現(xiàn)有的工業(yè)級(jí)零件，但很快我們就會(huì)看到針對(duì)逆變器與充電裝置設(shè)計(jì)的半導(dǎo)體元件?！?/P>

　　變速箱專業(yè)廠商ZF Friedrichshafen與車(chē)廠BMW在今年稍早也發(fā)表了一項(xiàng)研究專案，將為混合式動(dòng)力車(chē)輛零組件開(kāi)發(fā)整合式解決方案，主要目標(biāo)是結(jié)合控制與功率元件，以簡(jiǎn)化混合動(dòng)力的生產(chǎn)與服務(wù)流程。

　　半導(dǎo)體大廠英飛凌(Infineon)與被動(dòng)元件制造商Kemet也參與了這個(gè)研發(fā)計(jì)劃，該計(jì)劃需要一種全新的冷卻技術(shù)概念，才能讓零組件耐受變速箱中的高溫。而該計(jì)劃所開(kāi)發(fā)出的設(shè)計(jì)，將可減少汽車(chē)內(nèi)的線纜并簡(jiǎn)化系統(tǒng)介面。

　　飛思卡爾的Assad并指出，混合動(dòng)力車(chē)輛或是電動(dòng)車(chē)的整體電子架構(gòu)，與現(xiàn)有車(chē)輛可說(shuō)是完全不同，這衍生出650V信號(hào)與400A交換器的電磁兼容性(EMC)問(wèn)題，這意味著需要替轉(zhuǎn)換器、逆變器與控制器等監(jiān)控電源信號(hào)的零件，設(shè)計(jì)新的高電壓介面。

　　此外，各種標(biāo)準(zhǔn)──特別是充電器用標(biāo)準(zhǔn)──也是必須的，而推動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)就是Ford的Scholer所全權(quán)負(fù)責(zé)的工作。“我們從20年前的電動(dòng)車(chē)標(biāo)準(zhǔn)著手，現(xiàn)在則是為插入式混合動(dòng)力車(chē)輛推動(dòng)更新版的標(biāo)準(zhǔn)，并開(kāi)始訂定燃料電池標(biāo)準(zhǔn)?！彼硎荆骸拔覀円呀?jīng)在美國(guó)汽車(chē)工程師協(xié)會(huì)(SAE)標(biāo)準(zhǔn)上努力了三年左右時(shí)間，現(xiàn)在有部分已經(jīng)進(jìn)入實(shí)施階段?！?/P>

　　但Scholer也指出，標(biāo)準(zhǔn)化工作還需要3~5年的時(shí)間才能大功告成，目前有多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)工作小組正與研究示范專案與現(xiàn)場(chǎng)布署工作同步進(jìn)展。相關(guān)工作包括透過(guò)直流電進(jìn)行快速充電的通訊協(xié)議、技術(shù)規(guī)格，以及通過(guò)電力線傳輸速率資訊給公用事業(yè)機(jī)構(gòu)的Smart Energy Profile 2.0標(biāo)準(zhǔn)。

　　有一家公司ECOtality，據(jù)說(shuō)將在美國(guó)能源部的協(xié)助下，在美國(guó)加州、奧勒岡州、田納西州、華盛頓州等地，布建多達(dá)1,300座的公用充電站，其中有350座是采用快速充電技術(shù)。Scholar指出：“汽車(chē)制造商知道該如何控制電路板上的充電器，但透過(guò)板外控制器進(jìn)行控制，還有許多課題?！?/P>

　　快速充電器的標(biāo)準(zhǔn)草案現(xiàn)正等待第一輪投票，一旦系統(tǒng)布建完成，工程師們還得多了解其特性?！爱?dāng)我們開(kāi)始布署的時(shí)候，將會(huì)有一些改變?！盨choler表示。